calculo proposicional

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 1 Fundamentos de Informática 1 Cálculo Proposicional Dr. Gonzalo Hernández Oliva Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Informática

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Page 1: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 1

Fundamentos de Informática 1

Cálculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández Oliva

Universidad Técnica Federico Santa MaríaDepartamento de Informática

Page 2: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 2

Cálculo Proposicional:1) Motivación2) Introducción3) Argumentos y Proposiciones Lógicas4) Conectivos Lógicos5) Estudio Proposiciones6) Tautología, Contradicción y Argumento

Válido7) Leyes Álgebra Proposicional8) Formas Normales9) Implicaciones y Derivaciones Lógicas

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Problema NP: Problema SAT

Enumerar (Hacer una lista) todos los

valores de verdad de una proposición

lógica.

Algoritmo Backtracking

1) Motivación:Cálculo Proposicional:

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Cálculo Proposicional:2) IntroducciónLa Lógica resulta esencial para construir, diseñar, implementar y probar correctitud en algoritmos y programas.Es necesario estudiar las Leyes Fundamentales de las Derivaciones Lógicas para estudiar la validez de las afirmaciones realizadasLas Proposiciones forman las Derivaciones y sus Operaciones el Cálculo Proposicional

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 5

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. Lógicas

Argumentos (Afirmaciones, Conclusiones, Demostraciones) son Válidos o No Lógicamente: V ó F

Proposiciones forman los Argumentos

Proposiciones Atómicas son aquellas proposiciones que no pueden subdividirse y pueden unirse por conexiones lógicas

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 6

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. LógicasEjemplos:

1) P: Si la demanda crece entonces las compañias se expanden.

P: Si las compañias se expanden entonces contratan trabajadores.

C: Si la demanda crece entonces las compañías contratan trabajadores.

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 7

2) Este programa de computadora tiene un error, o el input es erróneo. El input no es erróneo. El programa de computadora tiene un error.

3) Una universidad es de prestigio si los académicos que la forman realizan docencia e investigación de gran calidad.

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. Lógicas

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 8

4) La extracción de mineral es rentable si la concentración es alta, pero solamente si la distancia al mercado es pequeña.

5) Si llueve con frecuencia los agricultores se quejan. Si no llueve con frecuencia los agricultores se quejan. Luego, los agricultores se quejan.

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. Lógicas

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De manera formal: (Aristóteles)Una proposición es una afirmación que es o bien verdadera o bien falsa.Elementos de una proposición:

Variables Proposicionales: Asignación de Valor Lógico Binario: V ó FConstantes Proposicionales: V , FConectivos u Operaciones Lógicas

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. Lógicas

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Proposición Atómica:Una proposición atómica es una proposición que tiene una única variable o constante proposicional.Las proposiciones no atómicas se denominan compuestas.Todas las proposiciones compuestas tienen al menos una conexión lógica

Cálculo Proposicional: 3) Argumentos y Props. Lógicas

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 11

Cálculo Proposicional: 4) Conectivos Lógicos

Los conectivos lógicos son operadores entre props. que permiten construir proposiciones complejas en base a proposiciones más simples o atómicas. Los conectivos lógicos básicos son:

Negación: ∼ PConjunción: P ∧ QDisyunción: P ∨ QCondicional: P ⇒ QBicondicional o Equivalencia: P ⇔ Q

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 12

Los conectivos lógicos se definen mediante su tabla de verdad:

Para su operación se ha definido un orden en base a su prioridad:

Alta (∼) → (∧) → (∨) → (⇒) → (⇔) Baja

P Q ∼ P ∼ Q P ∨ Q P ∧ Q P ⇒ Q P ⇔ Q V V F F V V V V V F F V V F F F F V V F V F V F F F V V F F V V

Cálculo Proposicional: 4) Conectivos Lógicos

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 13

Para estudiar proposiciones lógicas o expresiones más complejas se tienen 2 herramientas fundamentales:

Tablas de Verdad: Obtenido en base a las expresiones más simples y proposiciones atómicas que las forman Árbol de Análisis Sintáctico: Descomposición de la expresión en base a sus proposiciones atómicas.

Cálculo Proposicional: 5) Estudio Proposiciones

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Dada una proposición es posible estudiar su validez asignando valores de verdad a sus proposiciones atómicas y calcular los valores de verdad de las proposiciones compuestas que la forman en base a las definiciones de los conectivos lógicos. Todas las posibilidades de este cálculo lógico se resumen en una Tabla de Verdad

Cálculo Proposicional: 5) Estudio Proposiciones: TV

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Ejemplos:1) P ⇒ (Q ∧ R) ∧ (∼ P ⇒ R)2) (P ∨ R) ∧ ∼ (P ∨ Q) ⇒ Q ∨ R3) (P ∨ (Q ⇒(R ∧ ∼P ))) ⇔ (Q ∧ R)4) (P ∧ Q) ∨ (∼P ∧ Q ) ∨ (P ∧ ∼Q )∨ ∼Q 5) Si Micaela gana en las Olimpiadas, todos la

admirarán y ella será muy feliz, pero si no gana, todo su esfuerzo fue en vano

Cálculo Proposicional: 5) Estudio Proposiciones TV

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6) La extracción de minerales es provechosa si la concentración de mineral es alta pero sólo si la distancia al mercado es corta

7) Si p es un número primo entonces para los enteros pares (np–n) es divisible por p

8) Los productos comprados en esta tienda pueden ser devueltos sólo si están en buenas condiciones y el cliente trae la boleta

Cálculo Proposicional: 5) Estudio Proposiciones

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Una Expresión Lógica es una Tautología si es Verdadera para todas las asignaciones posibles de valores de verdad. En este caso se antepondrá el símbolo Una Expresión Lógica es una Contradicciónsi es Falsa para todas las asignaciones posibles de valores de verdad.Una Expresión Lógica que no es una tautología ni una contradicción es una Contingencia (Causalidad/Eventualidad).

|=

Cálculo Proposicional: 6) Tautología y Contradicción

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Cálculo Proposicional: 6) TautologíasEjemplo tautología: Ley del Medio Excluido:

|= P ∨ ∼PTeorema: Sea A una expresión tautológica y sean P1 ... Pn sus variables proposicionales. Suponga que B1 ... Bn son expresiones arbitrarias. La expresión obtenida al reemplazar Pi por Bi es una esquema y toda particularización (ejemplo) de este esquema es una tautología.

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Tipos de Tautologías:

Implicaciones Lógicas: |= A ⇒ B (A ≡ > B)

Equivalencias Lógicas: |= A ⇔ B (A ≡ B)

Este tipo de tautología se utiliza para demostrar y construir nuevas leyes (Álgebra de Proposiciones) Cabe hacer notar que: A ⇔ B ≠ A ≡ B

Cálculo Proposicional: 6) Tautologías

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Diremos que un argumento lógico es válido si la conclusión se deduce lógicamente de las premisas: Si todas las premisas son verdaderas entonces también lo es la conclusión.Luego, si A es la conjunción de todas las premisas y C la conclusión, entonces: |= A ⇒ C . Ejemplo: Silogismo Disjuntivo:

|= (P ∨ Q) ∧ ∼P ⇒ Q

Cálculo Proposicional: 6) Argumento Válido

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Cálculo Proposicional: 7) Leyes Álgebra Proposicional1) Medio Excluido: (P ∨ ∼ P) ≡ V2) Contradicción: ( P ∧ ∼ P) ≡ F3) Identidad: (P ∨ F) ≡ P , (P ∧ V) ≡ P 4) Dominación: (P ∨ V) ≡ V , (P ∧ F) ≡ F5) Idempotencia: (P ∨ P) ≡ P , (P ∧ P) ≡ P6) Doble Negación: ∼ (∼ P ) ≡ P7) Absorción: P ∧ (P ∨ Q) ≡ P

P ∨ (P ∧ Q) ≡ P

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8) Conmutatividad : P ∨ Q ≡ Q ∨ P P ∧ Q ≡ Q ∧ P

9) Asociatividad: (P ∨ Q) ∨ R ≡ P ∨ (Q ∨ R)(P ∧ Q) ∧ R ≡ P ∧ (Q ∧ R)

10) Distributividad: P ∨ (Q ∧ R) ≡ (P ∨ Q ) ∧ (P ∨ R )P ∧ (Q ∨ R) ≡ (P ∧ Q )∨ (P ∧ R )

Cálculo Proposicional: 7) Leyes Álgebra Proposicional

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 23

11) Leyes de DeMorgan: ∼ ( P ∨ Q ) ≡ (∼ P ∧ ∼ Q ) ∼ ( P ∧ Q ) ≡ (∼ P ∨ ∼ Q )

12) Implica: P ⇒ Q ≡ (∼ P ∨ Q )

13) Contrarecíproca:P ⇒ Q ≡ (∼ Q ⇒ ∼ P)

14) Equivalencia: P ⇔ Q ≡ (∼ P ∨ Q ) ∧ ( P ∨ ∼ Q ) P ⇔ Q ≡ ( P ⇒ Q ) ∧ ( Q ⇒ P )

Cálculo Proposicional: 7) Leyes Álgebra Proposicional

Page 24: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 24

Ejercicios:Expresar las siguientes proposiciones en base a los conectivos: ∨ ∧ ∼

1) P ⇒ Q ∨ ∼ (P ⇒ Q)2) P ⇔ (Q ∧ P) ⇒ Q3) P ∧ (P ⇒ Q) ⇒ Q4) P ⇒ (Q ∧ R) ⇒ ∼ (P ⇒ F)5) ∼ (P ⇒ Q) ∧ ( P ⇔ R ) ∨ ( Q ⇒ V )

Cálculo Proposicional: 7) Leyes Algebra Proposicional

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 25

Una Expresión Lógica está en forma normal disyuntiva si está escrita como una disyunción de términos que son conjunciones de variables lógicas o de negaciones de variables lógicas.Análogamente se define forma normal conjuntiva. Ejemplos:P ∨ (∼ Q ∧ R ) , (P ∨ Q ∨ R) ∧ (∼ Q ∨ R) ∧ R

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

Page 26: Calculo Proposicional

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Pasos para obtener la forma normal conjuntiva (disyuntiva) de una proposición lógica PL mediante la aplicación de las leyes del álgebra proposicional:

1o) Eliminar en PL todos los conectivos ⇔ y ⇒2o) Eliminar subexpresiones de PL que están

negadas. Por ejemplo: ∼ (P ∨ R)3o) Aplicar las leyes de distributividad4o) Ordenar la expresión

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

Page 27: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 27

Ejercicio: Obtener la forma normal conjuntiva (disyuntiva) de:

a) (P∨ Q) ∧ (P ∧ (Q ∨ R)) ∨ ∼ ( P ∨ (R∧ Q ))b) (P ⇒ Q) ∧ ∼((P ⇔ R) ∨ ∼(R ∧ Q))

Podemos construir una forma normal disyuntiva a partir de la tabla de verdad de una expresión lógica.Aprendamos cómo mediante un ejemplo …

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

Page 28: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 28

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

PLRQPVVVVVFVVVVFVFFFV

FFFFFVFFFFVFVVVF

Obtenemos la proposición lógica PL(P,Q,R) en forma normal disyuntiva partir de su tabla de verdad:

PL(P,Q,R) = …

Page 29: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 29

Un término mínimo (minterm) es una conjunción de literales en los cuales cada variable o su negación se representa una única vez y cada término será verdadero para sólo una asignación de valores de verdad. Si una expresión lógica esta expresada como una disyunción de términos mínimos se denomina forma normal disjuntiva completa

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

Page 30: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 30

Pasos para obtener la forma normal conjuntiva de una proposición lógica PL mediante su tabla de verdad de:

1o) Obtener formal normal disyuntiva de ∼PL

2o) Negar formal normal disyuntiva de ∼PL aplicando leyes del álgebra proposicional

Veamos un ejemplo …

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

Page 31: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 31

Cálculo Proposicional: 8) Formas Normales

PLRQPVVVVVFVVVVFVFFFV

VFFFFVFFFFVFVVVF

Obtenemos la proposición lógica PL(P,Q,R) en forma normal conjuntiva partir de su tabla de verdad:

PL(P,Q,R) = …

Page 32: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 32

Diremos que un argumento lógico es válidosi la conclusión se deduce lógicamente de las premisas.Si A es la conjunción de todas las premisas y C la conclusión, entonces: |= A ⇒ CA continuación veremos herramientas = Implicancias Lógicas para demostrar si un argumento es válido – Razonamiento Válido.Un argumento no válido es una falacia

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 33: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 33

Un ejemplo de razonamiento válido es el:P ≡ V P⇒ Q ≡ VQ ≡ V

Esta conclusión se denota: P , P⇒ Q |= QOtro ejemplo:

(P ∨ Q) ≡ V∼P ≡ VQ ≡ V

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Modus Ponens

Silogismo Disjuntivo|= (P ∨ Q) ∧ ∼P ⇒ Q

Page 34: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 34

Reglas de Inferencia:

1) Leyes de Combinación: A , B |= A

2) L. de Simplificación: A ∧ B |= A A ∧ B |= B

3) Leyes de Adición: A |= A ∨ B B |= A ∨ B

4) Modus Ponens: A , A ⇒ B |= B

5) Modus Tollens: ∼ B , A ⇒ B |= ∼ A

6) Silog. Hipotético: A ⇒ B , B⇒ C |= A⇒ C

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 35: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 35

Reglas de Inferencia:7) Silog. Disyuntivo: A∨ B ,∼ A |= B

A∨ B ,∼ B |= A8) Ley de Casos: A ⇒ B , ∼ A ⇒ B |= B9) Eliminación de Equivalencias:

A ⇔ B |= A ⇒ B A ⇔ B |= B ⇒ A10) Introducción de la Equivalencia:

A ⇒ B , B ⇒ A |= A ⇔ B

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 36: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 36

Reglas de Inferencia:11) Ley de Inconsistencia: A , ∼ A |= B

Estas reglas de inferencia se utilizan para realizar derivaciones o demostraciones formales.

Veamos un ejemplo de derivación lógica

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 37

“Y ahora llegamos a la gran pregunta del

porqué. El robo no ha sido el objeto del

asesinato, puesto que nada desapareció.

¿ Fue por motivos políticos, o fue una mujer ?

Esta es la pregunta con que me enfrento.

Desde el principio me he inclinado hacia esta

última suposición …

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 38: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 38

Los asesinos políticos se complacen

demasiado en hacer sólo su trabajo y huir.

Este asesinato, por el contrario ha sido

realizado muy deliberadamente, y quien lo

perpetró ha dejado huellas por toda la

habitación, mostrando que estuvo ahí todo el

tiempo”

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 39: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 39

Análisis de la derivación lógica:

P1 : Fue un robo

P2 : Algo desapareció

P3 : Fue un asesinato político

P4 : El asesinato lo cometió una mujer

P5 : El asesino huyó inmediatamente

P6 : El asesino dejó huellas por la habitación

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

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Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 40

Derivación lógica:1) P1 ⇒ P2 (Premisa)2) ∼ P2 (Premisa)3) ∼ P1 (1 y 2 + MT)4) ∼ P1 ⇒ P3 ∨ P4 (Premisa)5) P3 ∨ P4 (3 y 4 + MP)6) P3 ⇒ P5 (Premisa)7) P6 ⇒ ∼ P5 (Premisa)

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

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Derivación lógica:8) P6 (Premisa)9) ∼ P5 (7 y 8 + MP)10) ∼ P3 (6 y 9 + MT)11) Ergo : P4 (5 y 10 + MT)

Cálculo Proposicional: 9) Implicaciones y Deriv. Lógicas

Page 42: Calculo Proposicional

Dr. Gonzalo Hernández USM FI-1 Cálculo Proposicional 42

1) Matemáticas Discreta y Lógica, W. K. Grassmann & J. P. Tremblay, Prentice Hall, 1998.

2) R.P. Grimaldi, Discrete and Combinatorial Mathematics, Addison Wesley,1998.

Cálculo Proposicional: 10) Bibliografía